CN104185345A - 一种用于led恒流驱动电路的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路技术，具体涉及一种用于LED恒流驱动电路的控制装置。本发明的控制装置，包括驱动模块、LED电路，其特征在于，还包括反相器、采样控制开关管Q2、平均电流采样电路、滤波电路、第一比较器、第二比较器和RS触发器，通过用峰值控制法来控制功率开关Q1的关断时刻，通过TOFF阶段平均电流控制法来控制功率开关Q1的开启时刻，极大提高了恒流输出的稳定性。本发明的有益效果为，使得输出电流具有很高的精度，同时由于电路简单易实现，功耗小等优点进而提高了电源的整体性能，简化了恒流控制的设计，降低设计成本。本发明尤其适用于LED驱动电路。

Description

一种用于LED恒流驱动电路的控制装置

技术领域

本发明属于电子电路技术，具体涉及一种用于LED恒流驱动电路的控制装置。

背景技术

LED以其长寿命、亮度高、性能稳定、无污染等特点成为当今社会的绿色照明技术。对于LED的驱动电路，如果LED采用普通的稳压源驱动,当电压稍微波动时,通过LED灯具的电流波动很大,很容易出现亮度不稳定甚至过流现象而烧毁LED,所以目前LED普遍釆用恒流方式进行驱动。

如图1所示，是一种传统意义上的电感电流全周期采样LED驱动方式，LED驱动电路根据功率开关Q1开启和关闭时流经电感(L1)的电流信号，通过由锯齿波发生器、误差放大器、比较器、积分电容等组成的环路控制电路，关闭所述功率开关Q1；LED驱动电路根据电磁检测模块检测电感(L1)上的退磁时间，开启功率开关Q1，如此反复，来实现对LED驱动电路的恒流控制。

上述已存在的LED恒流驱动电路中，存在如下缺点：

第一，电感电流全周期采样过程，由于电磁检测电路部分R2、R3通路的存在，使得检测到的电感上的电流和LED负载上的电流存在较大误差，进而影响横流输出电流的控制精度。

第二，精度高的电磁检测部分较为复杂，增加系统成本和体积。

第三，整个控制过程系统复杂，采样过程为全周期采样，消耗的功耗较大，可靠性降低。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提成一种高精度、简单易实现的用于LED驱动电路的恒流输出控制装置。

本发明的技术方案是，一种用于LED恒流驱动电路的控制装置，包括驱动模块、LED电路，其特征在于，还包括反相器、采样控制开关管Q2、平均电流采样电路、滤波电路、第一比较器、第二比较器和RS触发器；其中，LED电路由开关管Q1、电阻R1、电感L1、电容C1、二极管D1和LED模块构成；Q1的源极接电源VIN，其栅极接驱动模块的输出端和反相器的输入端，其漏极依次通过电阻R1和电感L1后接LED模块的正极；LED模块的负极接地；电容C1与LED模块并联；二极管D1的正极接地，其负极接第一比较器的正向输入端；第一比较器的负向输入端接第一基准电压VPEAK，其正向输入端接开关管Q1漏极与电阻R1的连接点，其输出端接RS触发器的R输出端；RS触发器的S输入端接第二比较器的输出端，其D输出端接驱动模块的输入端；采样控制开关管Q2的源极接开关管Q1漏极与电阻R1的连接点，其栅极接反相器的输出端，其漏极接平均电流采样电路的输入端；平均电流采样电路的输出端通过滤波电路后接第二比较器的负向输入端；第二比较器的正向输入端接第二基准电压VREF。

本发明的有益效果为，使得输出电流具有很高的精度，同时由于电路简单易实现，功耗小等优点进而提高了电源的整体性能，简化了恒流控制的设计，降低设计成本。

附图说明

图1为传统的LED恒流驱动电路结构示意图；

图2为实施例的结构示意图；

图3为实施例的各个接口输出信号示意图和脉冲时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明通过用峰值控制法来控制功率开关Q1的关断时刻，通过TOFF阶段平均电流控制法来控制功率开关Q1的开启时刻，极大提高了恒流输出的稳定性。同时由于平均电流采样部分仅仅采样了功率开关TOFF时间段内的平均电流，功率开关TON阶段处于关闭状态，具有功耗小，抗干扰能力强的优点，符合了电源低功耗、小成本设计的趋势。TON阶段峰值控制法和TOFF阶段平均电流控制法结合，简便地而且精确控制了输出平均电流。

实施例：

如图2所示，本例的包括开关管Q1、采样电阻R1、续流电感L1、电容C1、LED模块、续流二极管D1、反相器A1、采样控制开关Q2、平均电流采样电路、滤波电路、第一比较器A2、第二比较器A3、栅极驱动模块和RS触发器；

本例的控制系统分为TON时间控制模块、TOFF时间控制模块和输出主电路。

TON时间控制模块主要包括比较器A2、RS触发器、驱动模块；其中，比较器A2的负输入端为第一基准电压VPEAK，正输入端接到开关管Q1的源极，比较器A2的输出端接到RS触发器的复位R端，RS触发器的输出端D接到驱动模块的输入。TON时间控制模块用于将采样到反应电感上电流的电压与反映固定峰值电流的电压VPEAK进行比较，当电感上电流达到峰值电流时，有RS触发器来关断开关管Q1。其中比较器A2的正输入端接开关管Q1的源端，负输入端接VPEAK，输出接到RS触发器的复位R端。

TOFF时间控制模块主要是反相器A1、采样控制开关管Q2、平均电流采样电路、滤波电路、比较器A3组成。其中，反相器A1的输入端接驱动模块的输出，反相器A1的输出端接采样控制开关Q2的栅极，采样控制开关Q2的漏极接到开关管Q1的源极，采样控制开关Q2的源极接平均电流采样电路的输入，平均电流采样电路的输出接滤波电路的输入，滤波电路的输出接到比较器A3的负输入端，比较器A3的正输入端接第二基准电压VREF，比较器A3的输出接到RS触发器的置位S端。TOFF时间内流过电感的平均电流，转化为反映该平均电流的电压信号VCTRL来和基准电压VREF比较，当TOFF时间内的平均电流达到固定值时，触发RS触发器来开启开关管Q1进入TON阶段。其中，控制系统的输出接到开关管Q1的栅极和反相器A1的输入端，反相器A1的输出接到采样控制开关管Q2的栅极以控制采样电压VREF的产生，然后平均电流采样电路连接到滤波电路，滤波电路的输出VCTRL接到比较器A3的负输入端，正输入端接VREF，输出接到RS触发器的置位S端。

输出主电路主要由开关管Q1、电感L1、电容C1和二极管D1、负载LED构成。其中，驱动模块的输出连接开关管Q1的栅极，开关管Q1的漏极接输入信号VIN，开关管Q1的源极依次通过采样电阻R1、电感L1接到负载LED的一端，LED的另外一端接地和续流二极管的D1正极，续流二极管D1的负极接开关管Q1的源极。电容与负载LED并联。

本例的工作原理为：

当开关管Q1导通时，电感电流上升，采样电阻R1上采样到的电压也上升，当采样电压达到VPEAK(根据需要的峰值电流来确定VPEAK的值)时，RS触发器复位，输出低电位关断开关管Q1。

当开关管Q1关断时，电感电流开始下降，采样电阻R1传递给比较器A2的采样电压一直小于VPEAK，比较器A2输出低电位给RS触发器，复位端口无效。而此时，采样控制管Q2由于反相器A1输出的高电位而开启，从而传递R1采样到的电压VREF到平均电流采样电路，平均电流采样电路可据采样电压VREF得到电压VAVG，电压VAVG是采样电阻R1采样TOFF时期电感上的平均电流得到的一纹波较小的电压。该电压经过一滤波电路得到电压VCTRL，该电压反映电感上电流在TOFF阶段的水平，进而和基准VREF比较，当反映TOFF阶段平均电流的电压VCTRL减小到基准电压VREF时，比较器A3翻转输出高电平到RS触发器的置位S端，RS触发器输出高电平，驱使开关管Q1开启。

这两个阶段周而复始，从而保证了恒流输出到负载LED上，如图3本发明的脉冲时序图和各个接口输出信号示意图。其横坐标中TON表示开关管Q的开启时间，TOFF表示开关管Q的关断时间。R、S的波形分别是传输到RS触发器复位R端、置位S端的脉冲信号。

综上可以看出，相比图1中传统的驱动LED的输出恒流电路,本发明改进了其固有的一些缺点，通过用经典的峰值控制法来控制功率开关Q1的关断时刻，更创新性地通过检测TOFF阶段平均电流控制法来控制功率开关Q1的开启时刻，进而简便地精确控制了输出平均电流。同时由于平均电流采样部分创新性地加入采样控制开关Q2，使得仅仅采样了功率开关TOFF时间段内的平均电流，功率开关TON阶段处于关闭状态，具有功耗小，抗干扰能力强的优点，符合了电源低功耗、小成本设计的趋势。

Claims (1)

1.一种用于LED恒流驱动电路的控制装置，包括驱动模块、LED电路，其特征在于，还包括反相器、采样控制开关管Q2、平均电流采样电路、滤波电路、第一比较器、第二比较器和RS触发器；其中，LED电路由开关管Q1、电阻R1、电感L1、电容C1、二极管D1和LED模块构成；Q1的源极接电源VIN，其栅极接驱动模块的输出端和反相器的输入端，其漏极依次通过电阻R1和电感L1后接LED模块的正极；LED模块的负极接地；电容C1与LED模块并联；二极管D1的正极接地，其负极接第一比较器的正向输入端；第一比较器的负向输入端接第一基准电压VPEAK，其正向输入端接开关管Q1漏极与电阻R1的连接点，其输出端接RS触发器的R输出端；RS触发器的S输入端接第二比较器的输出端，其D输出端接驱动模块的输入端；采样控制开关管Q2的源极接开关管Q1漏极与电阻R1的连接点，其栅极接反相器的输出端，其漏极接平均电流采样电路的输入端；平均电流采样电路的输出端通过滤波电路后接第二比较器的负向输入端；第二比较器的正向输入端接第二基准电压VREF。